线程基础知识系列(五）认识volatile

Posted 2020-08-02

线程基础知识系列(四）线程的同步2  :线程的notify-wait通信机制，以及Condition条件变量

线程基础知识系列(三）线程的同步  :同步控制,锁及synchronized

线程基础知识系列(二）线程的管理 ：线程的状态，控制，休眠，Interrupt，yield等

线程基础知识系列(一）线程的创建和启动  ：线程的创建和启动，join(),daemon线程，Callable任务。

本篇文章主要讨论的关键字是volatile.

1. volatile使用场景
   

2. volatile介绍

3. volatile vs synchronized vs lock

1 volatile使用场景

Volatile的官方定义

Java语言规范第三版中对volatile的定义如下： java编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致的更新，线程应该确保通过排他锁单独获得这个变量。Java语言提供了volatile，在某些情况下比锁更加方便。如果一个字段被声明成volatile，java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。

package com.threadexample.sysn;
public class ViolatileTest extends Thread {
    boolean keepRunning = true;
    public void run() {
        while (keepRunning) {
            //这儿不能进行打印操作，否则会影响演示
          //System.out.println("runing--");
        }

        System.out.println("Thread terminated.");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ViolatileTest t = new ViolatileTest();
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
        t.keepRunning = false;
        System.out.println("keepRunning set to false.");
    }
}

这个例子，想达到的效果很简单，main线程休眠1秒，关闭t线程。可运行结果演示，线程t并没有按预期正常退出。

如果使用volatile关键字修饰keepRunning 关键字，可达到预期效果。为什么呢？

2.volatile介绍

volatile的中文意思是“不稳定，反复无常的”。但是，在java领域，被翻译成“可见性”。

在java中，当volatile用于一个作用域时，java保证如下：

2.1 保证有序性

java内存模型，支持指令的重排序。为什么重排序，主要是从性能优化层面考虑的。主要的重排序包括以下：

编译器优化重排序
指令级并行重排序
内存系统重排序

重排序的结果：不会改变执行结果；从多线程角度看，其他线程执行顺序是无序的，从单线程角度看，本线程内的执行顺序是有序的。volatile限制了重排序。volatile的读和写建立了一个happens-before关系，类似于申请和释放一个互斥锁，与互斥锁的不同点是：不能像锁一样保证原子性访问。

2.2 保证可见性

根据JMM规定，每个工作线程分别持有本地缓存。线程之间的信息通信，均需要线程的本地缓存与共享缓存进行同步。

volatile声明的变量，不需要保存到本地缓存，也就是说每个线程访问一个volatile作用域时会在继续执行之前读取它的当前值，而不是（可能）使用一个缓存的值。

3.volatile vs synchronized vs lock

volatile与synchronized关键字，在功能上有些类似，但也有很多的不同。我个人比较喜欢通过对比的方式来学习，容易加深理解。

上面的演示例子，不使用volatile关键字也是可以的，可以使用同步synchronized。

3.1 使用synchronized，实现定时关闭线程效果。

package com.threadexample.sysn;
public class ViolatileTest extends Thread {
    private boolean keepRunning = true;
    public void run() {
        while (keepRunning) {
            System.out.println("runing--");
        }

        System.out.println("Thread terminated.");
    }

    public synchronized void setRunning(boolean keepRunning){
        this.keepRunning=keepRunning;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ViolatileTest t = new ViolatileTest();
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
        t.setRunning(false);
//        t.keepRunning = false;
        System.out.println("keepRunning set to false.");
    }
}

方面	volatile	synchronized or lock
线程安全保障	仅仅保证可见性	可见性+原子性
相对并发性	高	独占锁，相对低
使用场景	1.对变量的写入操作，不依赖变量的当前值 2.该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中 3.访问变量时，不需要加锁	访问共享可变变量时 尽量考虑使用并发容器

1.使用violatile保证线程安全例子，这种方式是错误的。

package com.threadexample.sysn;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CountTask implements Runnable {
    private volatile  int count;
    public void run() {
        for(int i=0;i<100;i++){
            count++;
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public int getCount(){return  this.count;}
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountTask ct = new CountTask();
        Thread t1 = new Thread(ct);
        Thread t2 = new Thread(ct);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(ct.getCount());
    }
}

这种方式不是线程安全的，因为存在状态依赖。递增操作，依赖于上一个值。

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